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TECH INSIGHT NUMERICAL SIMULATION 22 - ELETTRONICA OGGI 479 - GIUGNO/LUGLIO 2019 Strutture affidabili e sistemi indossabili progettati con la simulazione multifisica I tecnici di STMicroelectronics si affidano alla simulazione numerica per ottimizzare le loro soluzioni basate su dispositivi a semiconduttore e utilizzate per una grande varietà di applicazioni Valerio Marra L a crescente domanda di componenti elettrici miniaturizza- ti e dispositivi per l’Internet of Things (IoT) crea continua- mente nuove sfide per chi progetta microdispositivi come attuatori, controller, driver, sensori e trasmettitori. Dai “responsive equipment” ai dispositivi indossabili di monitoraggio, fino all’illu- minazione a efficienza energetica per gli uffici e all’automazione nel manifatturiero, i tecnici devono rendere compatibili i compo- nenti microscopici con il mondo macroscopico, creando prodotti affidabili e innovativi. Questa distanza da colmare ha motivato i tecnici a trovare nuove soluzioni, elaborando le proprie idee nel contesto virtuale della simulazione numerica. STMicroelectronics , uno dei leader mondiali nella progettazione e nella produzione dei semiconduttori, conta 7.500 dipendenti im- pegnati nell’area di ricerca e sviluppo. Lucia Zullino, Technology R&D engineer in STMicroelectronics, racconta il loro lavoro: “Nel nostro campo, è necessario analizzare strutture molto piccole e studiare la loro interazione con package di gran- di dimensioni in diverse configurazioni, per un’ampia varietà di ambienti e applicazioni”. Per chi produce semiconduttori, la scelta del materiale e del progetto è delicata. È qui che la simulazione gioca un ruolo importante per la valutazione dei materiali e per i parametri delle prestazioni. “Molto del nostro lavoro viene effettuato attraverso il software COMSOL Multiphysics, che utilizziamo per la validazione delle nostre ipotesi e per l’ottimizzazione dei prodotti”, spiega Zullino. “In STMicroelectronics Italia ci sono circa 30 persone che utilizzano questo software; sebbene apparteniamo a dipartimenti diversi e ci troviamo in aree fisicamente lontane, non cessiamo mai di ampliare e condividere la nostra esperien- za riguardo alle tecniche di modellazione matematica, che usiamo in molti progetti”. La simulazione multifisica per la ricerca e per la progettazione La simulazione viene utilizzata per comprendere le interazioni multifisiche in ogni fase del processo di sviluppo di molti prodotti. Alcuni esempi sono l’ottimizzazione di un reattore epitassiale per accelerare la produzione di wafer, il controllo della distorsione di un flusso reagente nel processo di attacco chimico e lo studio, a livello microscopico, dell’interazione tra la piastrina di silicio e il package nel quale viene inserita. Oltre alla progetta- zione e alla produzione di microchip, i tecnici in STMicroelectronics lavora- no al progetto di attuatori miniaturizzati come i microspecchi, che vengono utilizzati nei sistemi di riconoscimento che richiedono ottiche e dispositivi fotografici. Un altro esempio di progetto nel quale è stata utilizzata la simulazione mul- tifisica riguarda lo studio del funzionamento di testine di stampa e il con- Fig. 1 – Geometria del sensore integrato per il monitoraggio delle condizioni di una struttura. Il sensore è evidenziato in blu Fig. 2 – Tecnica utilizzata per misurare la bioimpedenza di un organo